JPH07150371A - Method for etching nickel and device therefor - Google Patents

Method for etching nickel and device therefor

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JPH07150371A
JPH07150371A JP29785793A JP29785793A JPH07150371A JP H07150371 A JPH07150371 A JP H07150371A JP 29785793 A JP29785793 A JP 29785793A JP 29785793 A JP29785793 A JP 29785793A JP H07150371 A JPH07150371 A JP H07150371A
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Japan
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etching
nickel
nitric acid
hydrogen peroxide
film
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JP29785793A
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Japanese (ja)
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Yorishige Ishii
頼成 石井
Susumu Hirata
進 平田
Tetsuya Inui
哲也 乾
Koji Matoba
宏次 的場
Kenji Ota
賢司 太田
Shingo Abe
新吾 阿部
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Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
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Abstract

PURPOSE:To uniformly etch a thick-film nickel and to obtain a fine nickel pattern of high working accuracy by stirring and rotating a liq. etchant having specified contents of nitric acid, aq. hydrogen peroxide and water to generate vortex. CONSTITUTION:Nickel is etched with a liq. etchant contg. 11-26% nitric acid, 9-15% aq. hydrogen peroxide and the balance water, an ethcing device provided with a stirrer is used for the etching, and etchingis conducted by dipping. In this case, the surface of the vortex generated from the stirring and rotating surface of the etchant is preferably kept almost in parallel (180+ or -40 deg.) with the surface of a material to be etched.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はマイクロマシニング等の
材料であるニッケルの化学エッチング方法及びその装置
に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a chemical etching method and apparatus for nickel, which is a material for micromachining and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、ニッケルの微細厚膜パターン形成
方法として次の三つの方法が知られている。 (第1の方法)図2にその工程図を示す。基板1全面に
Ni、Nb−Ni等のメッキベース層(導電膜)2を真
空蒸着法等により形成する(a)。該膜2上を目的のパ
ターン以外レジスト膜3にて被覆し(b)、ニッケルメ
ッキ膜4を形成する(c)。次にレジスト膜3を除去し
(d)、上記メッキベース層2の不必要部分を除去する
(e)。
2. Description of the Related Art Conventionally, the following three methods are known as methods for forming a nickel fine thick film pattern. (First Method) FIG. 2 is a process diagram thereof. A plating base layer (conductive film) 2 of Ni, Nb-Ni or the like is formed on the entire surface of the substrate 1 by a vacuum deposition method or the like (a). A resist film 3 other than the desired pattern is coated on the film 2 (b), and a nickel plating film 4 is formed (c). Next, the resist film 3 is removed (d), and unnecessary portions of the plating base layer 2 are removed (e).

【0003】(第2の方法)図3にその工程図を示す。
基板1全面に真空蒸着法等によりメッキベース層2を形
成する(a)。該膜2上に目的のパターンでレジスト膜
3を被覆する(b)。次に目的のパターン以外のメッキ
ベース層2を除去し(c)、更にレジスト膜3を除去す
る(d)。次にニッケルメッキ膜を形成する(e)。
(Second Method) FIG. 3 is a process diagram thereof.
A plating base layer 2 is formed on the entire surface of the substrate 1 by a vacuum deposition method or the like (a). A resist film 3 is coated on the film 2 in a desired pattern (b). Next, the plating base layer 2 other than the target pattern is removed (c), and the resist film 3 is removed (d). Next, a nickel plating film is formed (e).

【0004】(第3の方法)図4にその工程図を示す。
基板1全面に真空蒸着法等によりメッキベース層2を形
成する(a)。次にニッケルメッキ膜4を形成する
(b)。次に目的のパターンにてレジスト膜3を被覆す
る(c)。次に目的のパターン以外のニッケルメッキ膜
4及び導電層(メッキベース層)2のエッチングを行う
(d)。次にレジスト膜3を除去する(e)。
(Third Method) FIG. 4 is a process diagram thereof.
A plating base layer 2 is formed on the entire surface of the substrate 1 by a vacuum deposition method or the like (a). Next, the nickel plating film 4 is formed (b). Next, the resist film 3 is coated with a target pattern (c). Next, the nickel plating film 4 and the conductive layer (plating base layer) 2 other than the target pattern are etched (d). Next, the resist film 3 is removed (e).

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上記の3種類のエッチ
ング方法において、第1、第2の方法による微細パター
ン形成方法は、パターンが微細になるに従って膜厚の制
御が難しく、パターン間で実効電流密度が異なることに
より面内膜厚均一性が悪くなり、また、内部応力もパタ
ーン間で異なることになる。即ち第1、第2の方法つま
り選択したメッキベース膜へのメッキによる微細パター
ン形成方法ははメッキ膜厚と内部応力制御性に難点があ
りメッキ膜の特性が劣る。
In the above three types of etching methods, in the fine pattern forming method by the first and second methods, it is difficult to control the film thickness as the pattern becomes finer, and the effective current between patterns is increased. Due to the different densities, the in-plane film thickness uniformity deteriorates, and the internal stress also differs between patterns. That is, the first and second methods, that is, the method of forming a fine pattern by plating on the selected plating base film, has a drawback in the plating film thickness and the internal stress controllability, and the characteristics of the plating film are inferior.

【0006】これに対し第3の方法、つまり全面ニッケ
ルメッキ膜をメッキ後エッチングすることにより微細加
工するものでは、予めニッケルメッキ膜の膜厚及び内部
応力の制御及び評価が容易であるという利点があるもの
の、従来のエッチング方法には以下の問題点がある。 ドライエッチング方法はリアクティブイオンエッチン
グ法やプラズマエッチング法が見つかっておらず、純物
理的なイオンミリング法でエッチングしなければなら
ず、被エッチング膜厚が数マイクロメートルの薄膜に限
られる。 ウェット化学エッチング方法のエッチング液として
は、硝酸もしくは硝酸:酢酸:アセトン=1:1:1の
エッチング液が代表的であるが、硝酸はエッチング途中
に不動態膜が生じやすく、エッチングが途中で止まった
り、パターン部以外の箇所に残渣や抜け残りを生じる欠
点が有る。硝酸:酢酸:アセトンのエッチャントはエッ
チング速度が遅く、また面内でエッチング速度が異なる
ことによりサイドエッチング量のばらつきが大きいとい
う欠点に加え、アセトンを含むためポジレジストが使用
できず取り扱い上難点の多いネガレジストを使わなけれ
ばないこと、有機酸であるため廃液処理問題があること
やアセトンを含むためエッチングの反応熱で発火及び発
煙を生じる危険性が高い等の欠点がある。
On the other hand, the third method, that is, the method of microfabrication by etching the entire surface of the nickel plating film after plating has an advantage that the thickness and internal stress of the nickel plating film can be easily controlled and evaluated in advance. However, the conventional etching method has the following problems. As a dry etching method, a reactive ion etching method and a plasma etching method have not been found, and etching must be performed by a pure physical ion milling method, and the film thickness to be etched is limited to a thin film of several micrometers. As the etching solution for the wet chemical etching method, nitric acid or nitric acid: acetic acid: acetone = 1: 1: 1 is typical, but nitric acid tends to form a passivation film during the etching, and the etching stops during the etching. In addition, there is a defect that residue or a residue is generated in a portion other than the pattern portion. The etchant of nitric acid: acetic acid: acetone has a slow etching rate, and in addition to the drawback that the side etching amount varies greatly due to the different etching rates within the plane, it also contains acetone, which makes it difficult to use a positive resist, which is difficult to handle. There are drawbacks such as the fact that a negative resist must be used, that there is a problem of waste liquid treatment because it is an organic acid, and that since it contains acetone, there is a high risk of ignition and smoking due to the reaction heat of etching.

【0007】次にエッチング方式として、(1)スプレー
エッチング方式、(2)スピンエッチング方式、(3)ディ
ップエッチング方式がある。スプレーエッチング方式を
図6に示す。被エッチング物表面にエッチング液をスプ
レー状に吹き付けるタイプである。ディップエッチング
方式を図8(a)(b)に示す。被エッチング物をエッチング
液の中に浸漬するタイプである。両方式ともエッチング
速度とサイドエッチングの均一性に問題がある。
Next, as the etching method, there are (1) spray etching method, (2) spin etching method, and (3) dip etching method. The spray etching method is shown in FIG. This type sprays the etching liquid onto the surface of the object to be etched. The dip etching method is shown in FIGS. This is a type in which an object to be etched is immersed in an etching solution. Both methods have problems in etching rate and uniformity of side etching.

【0008】それらを改良したのが図7に示すスピンエ
ッチング方式である。自転する被エッチング物の表面に
エッチング液をスプレー状に吹き付けるもので、通常は
優れたエッチング速度と均一性が得られる。ところが、
ニッケルエッチングの場合このスプレーエッチング方式
ではエッチング中に不動態膜状の物が発生し、エッチン
グが途中までしか進行しない欠点がある。
The improved spin-etching method is shown in FIG. An etching solution is sprayed onto the surface of the object to be rotated, which usually provides an excellent etching rate and uniformity. However,
In the case of nickel etching, this spray etching method has a drawback that a passivation film-like substance is generated during the etching and the etching proceeds only halfway.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するためになされたものであって、硝酸と、過酸化水素
水及び水を含み、少なくとも前記液組成が硝酸11〜2
6%、過酸化水素水9〜15%であるエッチング液を用
いたニッケルのエッチング方法を提供するものである。
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and contains nitric acid, hydrogen peroxide solution and water, and at least the liquid composition is nitric acid 11-2.
The present invention provides a nickel etching method using an etching solution containing 6% of hydrogen peroxide and 9 to 15% of hydrogen peroxide.

【0010】また、ディップ方式で、エッチング液の撹
拌回転面より発生する渦巻きの渦巻き面と、被エッチン
グ物表面とを対向させると共に、略平行(180±40
°)に保持させたニッケルのエッチング装置を提供する
ものである。
Further, in the dip method, the spiral surface of the spiral generated from the stirring rotating surface of the etching solution and the surface of the object to be etched are opposed to each other and are substantially parallel (180 ± 40).
The present invention provides an etching device for nickel held at (°).

【0011】さらに、硝酸と、過酸化水素水及び水を含
み、少なくとも前記液組成が硝酸11〜26%、過酸化
水素水9〜15%であるエッチング液を用いるニッケル
のエッチング装置を提供するものである。
Further, the present invention provides a nickel etching apparatus using an etching solution containing nitric acid, hydrogen peroxide solution and water, and having a liquid composition of at least 11 to 26% nitric acid and 9 to 15% hydrogen peroxide solution. Is.

【0012】[0012]

【作用】これにより、ニッケルを用いた膜を成膜する場
合、均質な膜を形成することが可能になる。
This makes it possible to form a homogeneous film when forming a film using nickel.

【0013】[0013]

【実施例】以下、本発明に係るエッチング方法及びその
装置の実施例を図面を用いて説明する。 実施例1 本実施例には図1に示すような、ディップ方式で、エッ
チング液の撹拌回転面より発生する渦巻きの渦巻き面
と、被エッチング物表面とを対向させると共に、略平行
(180±40°)に保持させたエッチング装置を用い
た。前記エッチング装置はディップ式であり、エッチン
グ液の撹拌回転面より発生する渦巻き面と、被エッチン
グ物表面とが対面して向かい合うと共に、略平行(18
0±40°)に保持されている。また、エッチング液
は、硝酸(HNO3)、過酸化水素水(H22)及び 水
からなるものであり、次のような組成にて配合したもの
で試験した。 HNO3(xml)+H22(yml)+H20で総量1
000mlのうち 、x=100〜500、y=0〜2
00、液温15〜35℃、撹拌100〜900rpm 上記エッチング液及び現有のニッケルエッチング液を用
いて、メッキベース層が1000ÅのNi膜の上にメッ
キした厚さ10μmのスルファミン酸ニッケルメッキに
対しニッケルエッチングを行い、微細加工を施したとこ
ろ次のような結果が得られた。
Embodiments of the etching method and apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings. Example 1 In this example, as shown in FIG. 1, the dipping method was used to make the spiral surface of the spiral generated from the stirring and rotating surface of the etching solution face the surface of the object to be etched and to make them substantially parallel (180 ± 40). The etching device held at (°) was used. The etching device is of a dip type, and the spiral surface generated by the stirring rotating surface of the etching solution and the surface of the object to be etched face each other and are substantially parallel (18
0 ± 40 °). The etchant is, nitric acid (HNO 3), and made of hydrogen peroxide (H 2 0 2) and water, were tested in those blended with following composition. HNO 3 (xml) + H 2 O 2 (yml) + H 2 0, total 1
Of 000 ml, x = 100 to 500, y = 0 to 2
00, liquid temperature 15 to 35 ° C., stirring 100 to 900 rpm, using the above etching liquid and the existing nickel etching liquid, a plating base layer is plated on a Ni film having a thickness of 1000 Å and nickel sulfamate plating having a thickness of 10 μm is nickel. When etching was performed and fine processing was performed, the following results were obtained.

【0014】[0014]

【表1】 [Table 1]

【0015】上記表1の試験は、従来のエッチング液と
本発明のエッチング液との比較であるが、硝酸と水のみ
で過酸化水素水を加えない場合はエッチングが途中で止
まってしまう。硝酸+過酸化水素水+水は、エッチング
速度が遅くエッチング速度及びサイドエッチ量の均一性
共に良くない。また、抜け残り等のエッチングむらが観
察された。本発明の液は、組成比によりエッチング速度
が遅くサイドエッチング量のバラツキが大きい場合もあ
るが、前二者よりは優れている。
The test shown in Table 1 above is a comparison between the conventional etching solution and the etching solution of the present invention. However, when nitric acid and water alone are used and hydrogen peroxide solution is not added, etching stops halfway. The nitric acid + hydrogen peroxide solution + water has a slow etching rate and the etching rate and side etch amount are not uniform. In addition, etching irregularities such as missing portions were observed. The liquid of the present invention has a slower etching rate depending on the composition ratio and may have a large variation in the side etching amount, but it is superior to the former two.

【0016】図5は硝酸:過酸化水素水:水の組成比を
順次変えて、エッチング速度とサイドエッチング量がど
のように変化するのか調べた図である。硝酸が26%以
上で過酸化水素水が9%以下になるとエッチングが途中
で止まる現象が出てくる。逆に硝酸が11%以下で過酸
化水素水が15%以上になるとエッチング速度の低下が
激しくなりサイドエッチング量の均一性も悪くなる。結
局、図5に示すように硝酸11〜26%で過酸化水素水
9〜15%なるエッチング液がエッチング速度2.3μ
m以上でサイドエッチング量のばらつきが小さく ま
た、パターン部以外のエッチング抜け残り等も観察され
なかった。
FIG. 5 is a graph showing how the etching rate and the side etching amount change by sequentially changing the composition ratio of nitric acid: hydrogen peroxide water: water. When the nitric acid content is 26% or more and the hydrogen peroxide solution is 9% or less, etching may stop halfway. On the contrary, when the nitric acid content is 11% or less and the hydrogen peroxide solution is 15% or more, the etching rate is drastically reduced and the uniformity of the side etching amount is deteriorated. As a result, as shown in FIG. 5, an etching solution containing 11 to 26% of nitric acid and 9 to 15% of hydrogen peroxide has an etching rate of 2.3 μm.
When m or more, variation in side etching amount was small, and etching residue other than the pattern portion was not observed.

【0017】実施例2 次にエッチング方式の比較を行った。上述の従来の(1)
スプレーエッチ方式、(2)スビンエッチ方式、(3)ディ
ップエッチ方式と、本発明のエッチング方式との比較を
行った。本発明のエッチング装置の該略図を図1に示
す。図1(a)(b)に示すように本発明のエッチング
方式はスターラ又はスクリューで回転撹拌されるエッチ
ング液の渦巻き面と、被エッチング物表面とが対向する
と共に、略平行(180±40°)に保持されている。
Example 2 Next, etching systems were compared. Conventional (1) above
The spray etching method, (2) spin etching method, and (3) dip etching method were compared with the etching method of the present invention. The schematic diagram of the etching apparatus of the present invention is shown in FIG. As shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b), in the etching method of the present invention, the spiral surface of the etching solution that is rotated and stirred by a stirrer or a screw and the surface of the object to be etched face each other and are substantially parallel (180 ± 40 °). ) Is held.

【0018】尚、エッチング液は実施例1の液組成であ
る硝酸:過酸化水素水:水=26:9:65の液を用い
て行い、スプレーエッチングの条件はウェハ面のスプレ
ースキャン回数が、10回/分でスプレー圧力1kg/
cm2、スピンエッチングの条件は前記スプレーエッチ
ングの条件に、基板の自転500〜1000rpm、デ
ィップエッチング及び本発明のエッチングは液量100
0ml の液をマグネチックスターラーで300〜80
0rpmで撹拌することにより試験を行った。その結果
を表2に示す。
The etching solution was nitric acid: hydrogen peroxide: water = 26: 9: 65, which is the liquid composition of Example 1, and the conditions for spray etching were the number of spray scans on the wafer surface. Spray pressure 1kg / at 10 times / min
cm 2 , spin etching conditions are the same as the above-mentioned spray etching conditions, the rotation of the substrate is 500 to 1000 rpm, the dip etching and the etching of the present invention have a liquid volume of 100.
0-80 ml of liquid with magnetic stirrer 300-80
The test was conducted by stirring at 0 rpm. The results are shown in Table 2.

【0019】[0019]

【表2】 [Table 2]

【0020】上記Niのエッチングにおいて、スプレー
エッチングおよびスピンエッチングは不動態状の黒い皮
膜が発生し易く、又除去されにくくエッチングが途中で
止まってしまうことが判明した。尚、その皮膜は水又は
エッチング液に浸漬した場合簡単に剥がれてしまうこと
から、ニッケルのエッチングの場合はディップ方式が適
していると考えられる。しかしながら、ディップ方式で
は表2に示すようにエッチング量の均一性が±30%以
上と悪く、更にサイドエッチング量がニッケルの膜厚を
Tとすると4Tと大きく、それゆえ膜厚が厚膜になるほ
ど問題があったが、本発明の撹拌渦巻き面を基板エッチ
ング面に直接当てて基板表面を渦巻きで洗浄し、更にエ
ッチング液の置換を強制的に進めることにより、エッチ
ング量の均一性、サイドエッチング量共に半分以下にす
ることができた。
It has been found that, in the above Ni etching, spray etching and spin etching tend to produce a passive black film and are difficult to remove, and the etching stops halfway. Incidentally, since the film is easily peeled off when immersed in water or an etching solution, it is considered that the dipping method is suitable for etching nickel. However, in the dip method, the uniformity of the etching amount is poor at ± 30% or more as shown in Table 2, and the side etching amount is as large as 4T when the nickel film thickness is T. Therefore, the thicker the film thickness is. Although there was a problem, the stirring swirl surface of the present invention is directly applied to the etching surface of the substrate to wash the substrate surface with a swirl, and the replacement of the etching solution is forcedly promoted, whereby uniformity of the etching amount and side etching amount are achieved. Both could be reduced to less than half.

【0021】尚、本発明のエッチング装置において、渦
巻き面と被エッチング物表面の成す角度であるが、平行
面に対し40〜45°傾くとエッチングの均一性が悪く
なり始めることが判明した。よって渦巻き面と被エッチ
ング物表面の保持角度は180±40°とする。
In the etching apparatus of the present invention, it has been found that the angle formed between the spiral surface and the surface of the object to be etched is inclined at 40 to 45 ° with respect to the parallel surface and the uniformity of etching begins to deteriorate. Therefore, the holding angle between the spiral surface and the surface of the object to be etched is 180 ± 40 °.

【0022】[0022]

【発明の効果】本発明のエッチング方法及びその装置を
マイクロマシニング等の重要な材料であるニッケルの化
学エッチングに用いれば、上記実施例に示したように膜
厚が厚くても加工精度の高いニッケルパターンが得られ
る。また、化学エッチングによる微細加工であるからニ
ッケルメッキ膜の内部応力や膜厚等の制御及び評価が容
易で、マイクロマシン等フォトエッチングを用いる微細
素子の作成に好適なものである。
When the etching method and its apparatus of the present invention are used for chemical etching of nickel, which is an important material for micromachining and the like, nickel having high processing accuracy is obtained even if the film thickness is large, as shown in the above embodiment. The pattern is obtained. Further, since the fine processing is performed by chemical etching, it is easy to control and evaluate the internal stress, the film thickness, etc. of the nickel plating film, and it is suitable for the production of fine elements such as micromachines using photoetching.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明のエッチング装置を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an etching apparatus of the present invention.

【図2】従来のニッケルメッキ膜の微細パターンの作成
手順を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a conventional procedure for forming a fine pattern of a nickel-plated film.

【図3】従来のニッケルメッキ膜の微細パターンの作成
手順を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a conventional procedure for forming a fine pattern of a nickel-plated film.

【図4】従来のニッケルメッキ膜の微細パターンの作成
手順を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a conventional procedure for forming a fine pattern of a nickel-plated film.

【図5】本発明に係るエッチング液を用いた評価試験結
果を示すグラフである。
FIG. 5 is a graph showing the evaluation test results using the etching liquid according to the present invention.

【図6】従来のエッチング装置を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a conventional etching apparatus.

【図7】従来のエッチング装置を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a conventional etching apparatus.

【図8】従来のエッチング装置を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a conventional etching apparatus.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 // C23F 1/00 Z 8417−4K (72)発明者 的場 宏次 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 太田 賢司 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 阿部 新吾 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Reference number within the agency FI technical display location // C23F 1/00 Z 8417-4K (72) Inventor Koji Matoba, Director of Abeno Ward, Osaka City, Osaka Prefecture Ikemachi 22-22 No. 22 Sharp Corporation (72) Inventor Kenji Ota 22-22 Nagaike-cho, Abeno-ku, Osaka City Osaka Prefecture No. Sharp Co., Ltd.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 硝酸と、過酸化水素水及び水を含み、少
なくとも前記液組成が硝酸11〜26%、過酸化水素水
9〜15%であるエッチング液を用いたことを特徴とす
るニッケルのエッチング方法。
1. An etching solution containing nitric acid, hydrogen peroxide solution and water, wherein the composition is at least 11 to 26% of nitric acid and 9 to 15% of hydrogen peroxide solution. Etching method.
【請求項2】 ディップ方式で、エッチング液の撹拌回
転面より発生する渦巻きの渦巻き面と、被エッチング物
表面とを対向させると共に、略平行(180±40°)
に保持させたことを特徴とするニッケルのエッチング装
置。
2. A dip method, wherein a spiral surface of a spiral generated from a stirring rotating surface of an etching solution and a surface of an object to be etched are opposed to each other and are substantially parallel (180 ± 40 °).
A nickel etching device, characterized in that it is held at
【請求項3】 硝酸と、過酸化水素水及び水を含み、少
なくとも前記液組成が硝酸11〜26%、過酸化水素水
9〜15%であるエッチング液を用いることを特徴とす
る請求項2に記載のニッケルのエッチング装置。
3. An etching solution containing nitric acid, hydrogen peroxide solution and water, wherein the composition is at least 11 to 26% nitric acid and 9 to 15% hydrogen peroxide solution is used. The nickel etching apparatus according to 1.
JP29785793A 1993-11-29 1993-11-29 Method for etching nickel and device therefor Pending JPH07150371A (en)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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